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第22章糖代谢MetabolismofSaccharides 糖酵解作用glycolysis 2020年1月18日星期六 2 糖酵解的概念 糖酵解途径ATP生成 限速酶及其生理意义反应的亚细胞部位熟悉糖酵解调节 本章要求 2020年1月18日星期六 3 糖代谢概述 有机体重要的能源和碳源 分解代谢 糖酵解 胞浆 三羧酸循环 线粒体 合成代谢 糖异生 糖原的合成 结构多糖的合成 中间代谢 磷酸戊糖途径 糖醛酸途径 糖代谢受神经 激素及别构物的调节控制 2020年1月18日星期六 4 葡萄糖 丙酮酸 H2O及CO2 乳酸 乳酸 氨基酸 甘油 糖原 肝糖原分解 糖原合成 核糖 NADPH H 淀粉 2020年1月18日星期六 5 ATP形成途径 G CO2 H2O 38ATP G 丙酮酸 2ATP O2 无O2 有氧氧化 三羧酸循环 无氧酵解 糖酵解 糖类的消化和吸收 2020年1月18日星期六 6 第一节糖类的消化 吸收和转运 一 糖类的消化 消化部位 小肠 主要 口腔 少量 2020年1月18日星期六 7 消化过程 淀粉 麦芽糖 麦芽三糖 40 25 临界糊精 异麦芽糖 30 5 葡萄糖 唾液 淀粉酶 葡萄糖苷酶 临界糊精酶 肠粘膜上皮细胞刷状缘 胃 肠腔 胰液 淀粉酶 2020年1月18日星期六 8 二 糖类的吸收 1 吸收部位 小肠上段 2 吸收形式 D 型单糖D 半乳糖 D 葡萄糖 D 果糖 D 甘露糖 D 木糖 阿拉伯糖 3 吸收机制 Na 依赖型葡萄糖转运体 Na dependentglucosetransporter SGLT 2020年1月18日星期六 9 ADP Pi ATP G Na K 小肠粘膜细胞 肠腔 门静脉 Na 依赖型葡萄糖转运体 Na dependentglucosetransporter SGLT 刷状缘 细胞内膜 2020年1月18日星期六 10 4 吸收途径 小肠肠腔 肠粘膜上皮细胞 门静脉 肝脏 体循环 SGLT 各种组织细胞 GLUT GLUT 葡萄糖转运体 glucosetransporter 已发现有5种葡萄糖转运体 GLUT1 5 2020年1月18日星期六 11 5 磷酸核糖 丙酮酸 糖原淀粉 蔗糖 磷酸戊糖途径 糖酵解 2020年1月18日星期六 12 三 糖的转运 Na 单糖协同转运系统 转运D 葡萄糖和D 半乳糖单糖易化扩散系统 D 果糖 2020年1月18日星期六 13 第二节糖类的酵解 glycolysis 糖酵解 糖的无氧分解 糖类代谢的共同途径 胞液 一 糖酵解与发酵 无氧条件下 葡萄糖 在酶的作用下 进行分解 形成2分子丙酮酸并提供能量生成ATP的过程 1 糖酵解 glycolysis 好氧动物 植物和微生物细胞分解产生能量的共同代谢途径 2020年1月18日星期六 14 O2充足 丙酮酸进入线粒体 经三羧酸循环彻底氧化生成CO2 H2O NADH进入呼吸链氧化产生ATP O2不足 NADH将丙酮酸还原成乳酸 在胞液中进行 厌氧有机体 如酵母 把酵解产生的NADH中的H交给丙酮酸脱羧生成的乙醛 乙醛还原形成乙醇 酒精发酵若将H交给丙酮酸生成乳酸 乳酸发酵 2 发酵 fermentation 2020年1月18日星期六 15 二 酵解的研究历史 P63 发酵历史悠久 酿酒 工业酒精 面包研究发酵 19世纪下半叶开始 1854 1864 法国LouisPaster葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解生成乙醇 活力 酵素 发酵 不要空气的生命 2020年1月18日星期六 16 1897 德汉斯 巴克纳兄弟 Hansbuchner Edwardbuchner 发酵作用可以在不含细胞的酵母抽提液中进行 1905 哈登 ArthurHarden 杨 WilliamYoung 实验证明 无机磷酸的作用 1940 德国恩伯顿 GustarEmbden 迈耶霍夫 OttoMeyerhof 阐明糖酵解的整个途径 揭示其普遍性因此 糖酵解途径 Embden Meyerhof途径 EMP 2020年1月18日星期六 17 糖酵解途径实验依据 酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢 且逐渐缓慢直至停顿如果加入无机磷酸盐 可以恢复发酵速度 但不久又会再次缓慢 同时加入的磷酸盐浓度逐渐下降 上述现象说明 发酵过程需要磷酸 可能磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷酸酯 完整细胞可通过ATP水解提供磷酸 2020年1月18日星期六 18 糖酵解途径实验依据 碘乙酸对酵母生长有抑制作用将葡萄糖 酵母抽提液及碘乙酸一起保温 可以分离出少量的磷酸丙糖 3 磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的平衡混合物 推断 磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶有抑制作用 2020年1月18日星期六 19 糖酵解途径实验依据 氟化钠对酵母生长也有抑制作用将1 6 二磷酸果糖或磷酸丙糖 酵母抽提液以及氟化钠一起保温磷酸甘油酸积累 3 2 磷酸甘油酸的平衡混合物 推断 3 磷酸甘油酸是3 磷酸甘油醛的氧化产物2 磷酸甘油酸是前者变位后的产物氟化钠对2 磷酸甘油酸进一步反应的酶有抑制作用 2020年1月18日星期六 20 糖酵解途径实验依据 酵母液透析 失去发酵能力酵母液加热到50 失去发酵能力经过透析失活的酵母液混合 恢复发酵能力 推断 发酵需要两类物质 一是热不稳定的 不可透析的组分即酶二是热稳定的可透析的组分如辅酶 ATP 金属离子等 2020年1月18日星期六 21 三 糖酵解途径 无氧分解 EMP途径 酶将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的反应序列氧化磷酸化和三羧酸循环的前奏 场所 细胞质氧气 NO 2020年1月18日星期六 22 酵解途径 葡萄糖酵解的总反应式 Glc 2Pi 2ADP 2NAD 2丙酮酸 2ATP 2NADH H 2H2O 乳酸 糖酵解 乙醛 乙醇 生醇发酵 2020年1月18日星期六 23 糖酵解的反应过程 葡萄糖 丙酮酸两个部分 准备 放能三个阶段 活化 裂解 放能10步反应 2020年1月18日星期六 24 一 准备 2020年1月18日星期六 25 1 葡萄糖磷酸化 phosphorylation 6 磷酸葡萄糖 G 6 P 己糖激酶 分布广泛 专一性低 葡糖糖激酶 仅肝脏 专一性高 关键酶 调节酶 消耗1分子ATP 2020年1月18日星期六 26 2 G 6 P异构化 6 磷酸果糖 F 6 P 可逆 反应方向由底物与产物含量水平控制 磷酸葡萄糖异构酶 2020年1月18日星期六 27 3 F 6 P磷酸化 1 6 二磷酸果糖 F 1 6 BP 关键反应步骤 限速酶消耗1分子ATP 磷酸果糖激酶 2020年1月18日星期六 28 二 裂解 lysis 磷酸丙糖的生成 1分子F 1 6 BP 2分子磷酸丙糖 可互变 triosephosphate 2020年1月18日星期六 29 4 F 1 6 2P裂解成3 磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮 DHAP 2个三碳糖 醛缩酶 2020年1月18日星期六 30 5 磷酸三碳糖的异构化 磷酸丙糖异构酶 2020年1月18日星期六 31 三 放能 贮能 3 磷酸甘油醛脱氢 磷酸化 脱水 放能等丙酮酸 ATP 2020年1月18日星期六 32 2020年1月18日星期六 33 2020年1月18日星期六 34 6 3 磷酸甘油醛氧化生成1 3 二磷酸甘油酸 3 磷酸甘油醛 NAD H3PO3 1 3 二磷酸甘油酸 NADH H 3 磷酸甘油醛脱氢酶 2020年1月18日星期六 35 7 1 3 二磷酸甘油酸氧化生成3 磷酸甘油酸 ATP 1 3 二磷酸甘油酸 ADP 3 磷酸甘油酸 ATP 磷酸甘油酸激酶 Mg2 2020年1月18日星期六 36 8 3 磷酸甘油酸 2 磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 Mg2 2020年1月18日星期六 37 9 2 磷酸甘油酸脱水 磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 Mg2 2020年1月18日星期六 38 10 磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP形成ATP和丙酮酸 2020年1月18日星期六 39 2020年1月18日星期六 40 总结 10步反应 三个阶段每分解1个己糖分子消耗2分子ATP产生2分子三碳糖每分子三碳糖产生2分子ATP需要10种酶 大部分过程需Mg 参与两个阶段链接 2020年1月18日星期六 41 2020年1月18日星期六 42 中间产物磷酸化的意义 中间产物具有极性 PO43 负电荷 不易透过脂膜失散信号基团 有利于与酶结合而催化保存能量 最终形成ATP的末端磷酸基团 2020年1月18日星期六 43 糖酵解的意义 1 单糖分解代谢最重要的基本途径之一2 快速提供能量 使机体或组织有效适应缺氧3 某些特殊组织或细胞的主要获能方式 如成熟红细胞 皮肤 视网膜 4 G完全氧化分解成CO2 H2O的必要准备阶段 代谢中间产物是合成其它物质的原料 如 丙酮酸 2020年1月18日星期六 44 2020年1月18日星期六 45 2020年1月18日星期六 46 2020年1月18日星期六 47 四 糖酵解第一阶段的反应机制 准备阶段 一 G的磷酸化 2020年1月18日星期六 48 1 G与ATP的反应机制 G 6 OH孤电子对的攻击作用Mg2 吸引O的负电荷作用 激酶 催化ATP分子与底物间磷酸基转移的酶 一般需要Mg2 Mn2 为辅因子 Mg2 可掩盖ATP ADP中磷酸基氧原子负电荷 使葡萄糖C 6 C 1位羟基易于亲核攻击ATP 磷原子机理 葡萄糖C 6 C 1位羟基亲核进攻击ATP 位磷原子 2020年1月18日星期六 49 2 己糖激酶 hexokinase HK 葡萄糖激酶 glucokinase GK 所有细胞 维持血糖恒定 肝脏 ATP Mg2 Mg2 ATP 复合物 游离的ATP分子 强竞争性抑制己糖激酶正常情况 对己糖激酶起活化作用的是Mg2 2020年1月18日星期六 50 HK G HK ATP Mg2 三元体复合物 HK构象变化 G诱发 ATP向C 6 OH靠拢快速转移磷酸基团 磷酸化 比向H2O转移速度快40 000倍 Hexokinase Glucose Inducedfit MW 108 000 2020年1月18日星期六 51 调节酶产物 G 6 P ADP 的变构抑制Km 0 1mmol L G HK的区域性分布 脑 肾 骨骼 心肌 肝 肺 GK 肝脏 组织不能合成糖原无机磷酸解除底物抑制 型酶最敏感 柠檬酸激活 胰岛素 Insulin 诱导 机体调控酶活性的一种方式 2020年1月18日星期六 52 440个AA GK GK不受G 6 P抑制Km 5 10mmol L G 高 G 催化作用 血 肝 G GK催化G G 6 P 糖原 肝 2020年1月18日星期六 53 2020年1月18日星期六 54 二 G 6 P异构化 磷酸葡萄糖异构酶 反应可逆 自由能变化微小 2020年1月18日星期六 55 G 6 P F 6 P 主要为环式存在异构化 开链反应 F 6 P成环底物 立体专一性 6PG E4P S7P 竞争性抑制剂 2020年1月18日星期六 56 催化机制 1 酸性催化开环 2 顺式 烯二醇中间体的形成 3 C1 质子的取代 4 关环 2020年1月18日星期六 57 三 F 6 P F 1 6 BP 变构酶 决定酵解速度 限速酶 磷酸果糖激酶 ATP H 抑制作用 2020年1月18日星期六 58 四 F 1 6 P裂解 醛缩酶 2020年1月18日星期六 59 3 2 1 4 5 6 2020年1月18日星期六 60 五 磷酸三碳糖的异构化 磷酸丙糖异构酶 磷酸二羟丙酮 3 磷酸甘油醛 2020年1月18日星期六 61 五 酵解第二阶段的反应机制 见74页 放能阶段 2020年1月18日星期六 62 能量计算 无O2 葡萄糖开始 净增2分子ATP从糖原开始 净增3分子ATPNADH用于还原丙酮酸生成乳酸 六 酵解过程ATP的合成 2020年1月18日星期六 63 七 丙酮酸的去路 2020年1月18日星期六 64 一 丙酮酸的无氧降解 发酵 G在缺乏O2的条件下 经丙酮酸生成乙醇或乳酸的过程 1 酒精发酵 酵母及其它微生物 2020年1月18日星期六 65 2 乳酸发酵 微生物 高等生物氧气不足 2020年1月18日星期六 66 二 丙酮酸的有氧降解 丙酮酸 细胞质 进入线粒体基质丙酮酸脱氢酶系催化 脱羧 脱氢 乙酰CoA和NADH 2020年1月18日星期六 67 2020年1月18日星期六 68 八 糖酵解作用的调节 83页 一 果糖磷酸激酶活性的调节 最关键的限速酶 ATP AMP 调节酶活性 重要的生理意义 ATP 几乎无活性 酵解作用减弱 AMP ATP 活性恢复 酵解作用增强H 抑制 防止肌肉中乳酸过量 血液酸中毒柠檬酸 增加ATP对酶的抑制作用 D 果糖 2 6 二磷酸 消除ATP抑制 活化酶 2020年1月18日星期六 69 2 己糖激酶活性的调节 非限速酶 G 6 P 别构抑制剂果糖二磷酸激酶活性抑制 G 6 P积累 酵解减弱G 6 P 糖原 磷酸戊糖 非关键的限速酶 2020年1月18日星期六 70 3 丙酮酸激酶活性的调节 F 1 6 P 激活剂丙氨酸 别构抑制剂ATP 乙酰CoA 抑制 2020年1月18日星期六 71 2020年1月18日星期六 72 调节部位 变构激活剂 变构抑制剂 磷酸果糖激酶 己糖激酶 丙酮酸激酶 ADP